无线功率传送系统及其方法技术方案

一种包括谐振器的无线功率传送系统，谐振器包括电容器。电容器包括至少两个有源电极，以及与有源电极相邻的无源电极。无源电极被配置为包围有源电极以至少部分地消除影响有源电极的环境影响并增加系统的整体电容。谐振器还包括至少一个与有源电极电连接的感应线圈，其中，谐振器被配置为通过谐振电场耦合从产生的电场中提取功率。的电场中提取功率。的电场中提取功率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线功率传送系统及其方法


[0001]本主题公开总体上涉及无线功率传送系统及其方法。

技术介绍

[0002]多种无线功率传送系统是已知的。典型的无线功率传送系统包括电连接到无线功率发射器的电源和电连接到负载的无线功率接收器。无线功率传送系统的示例包括磁无线功率传送系统和电无线功率传送系统。
[0003]在磁无线功率传送系统中，发射器具有感应线圈，该感应线圈将电能从电源传送到接收器的感应线圈。由于发射器和接收器的感应线圈之间的磁场耦合，会发生功率传送。当存在电场时，与磁场的幅度相比，电场的幅度较低。因此，通过电场耦合传送的功率很少(如果有的话)。这些磁无线功率传送系统的范围有限，并且为实现高效的功率传送，发射器和接收器的感应线圈必须处于最佳对准。还存在谐振磁无线功率传送系统，在该系统中，由于发射器和接收器的感应线圈之间的磁场耦合而传送功率。在谐振磁无线功率传送系统中，感应线圈使用至少一个电容器来进行谐振。在谐振磁无线功率传送系统中，通过谐振或非谐振电场耦合传送的功率很少(如果有的话)。谐振磁无线功率传送系统中的功率传送范围比非谐振磁无线功率传送系统中的功率传送范围有所增大，并且对准问题通常会被纠正。
[0004]在电无线功率传送系统中，发射器和接收器具有电容电极。由于发射器和接收器的电容电极之间的电场耦合，会发生功率传送。当磁场存在时，与电场的幅度相比，磁场的幅度较低。因此，通过磁场耦合传送的功率很少(如果有的话)。类似于谐振磁无线功率传送系统，也存在谐振电无线功率传送系统，在该系统中，使用至少一个电感器使发射器和接收器的电容电极谐振。在谐振电无线功率传送系统中，通过谐振或非谐振磁场耦合来传送的功率很少(如果有的话)。谐振电无线功率传送系统具有比非谐振电无线功率传送系统的功率传送范围更大的功率传送范围，并且对准问题通常会被纠正。
[0005]谐振电无线功率传送系统和谐振磁无线功率传送系统要求发射器和接收器两者都以相同的频率谐振。这个频率就是系统的谐振频率。在谐振电无线功率传送系统中，电感器的电抗由谐振频率下电容电极的电容来平衡。此外，在谐振电无线功率传送系统中，可以通过改变电感器的感应和/或电容电极的电容将发射器和接收器调谐到期望的谐振频率(例如，13.56MHz)。
[0006]环境中的外部导体和电介质材料(电介质)会影响谐振电无线功率传送系统产生的电场，从而影响系统的范围和效率。即使考虑到静态外部导体和电介质的影响，任何外部导体和/或电介质的移动都可能影响有效的功率传送。
[0007]具体地，在谐振电无线功率传送系统的电极上积累的电荷与在系统环境中的外部导体内自由移动的带电粒子(自由电荷)相互作用。这有效地将导体转变成浮动电极，并增加系统的电容。外部导体相对于系统的电容电极的移动将可变地改变系统的电容，这取决于外部导体和电容电极的相对位置。电容的变化改变了系统的谐振频率，使系统失谐。此
外，谐振电无线功率传送系统的谐振频率极易受其环境影响，因为电容器的电容取决于电极周围介质的介电常数(相对电容率的实部)。如果系统的电容电极的电容改变，例如由于周围介质中电介质的移动，系统的谐振频率将改变。
[0008]电介质由沿着电场自定向的极性分子组成。当电场被施加到电介质上时，电场产生的能量使分子旋转。分子的极性与电场的极性相反，降低了电场的强度，从而减小了无线功率系统的传送范围。外部导体中的自由电荷自行排列，从而创建与系统电容电极产生的电场相反的电场。这种与所产生的电场的相反减小了系统的范围。此外，由于导体的电阻，外部导体中运动的电荷以热的形式耗散能量。当电场被移除或逆转时，分子的一些旋转能量被恢复，而其余的能量以热的形式损失。散热损失的能量会降低系统的整体效率。当施加电场时(与真空相比)，电介质储存和损失能量的能力分别表示为电介质的相对电容率的实部和虚部。
[0009]最常见和最有问题的电介质之一是水。由于水的高介电常数，少量的水会对系统的电容产生很大的影响。高介电常数也意味着低电场幅度和近场的快速衰减。水很容易溶解带电粒子，使其具有导电性。此外，水通常至少含有少量的自由电荷。水中的自由电荷被所产生的电场的电势差加速。电场给予的加速度从电场中提取能量，从而减小电场的幅度。同时水中自由电荷重新定向产生的电场也会与系统产生的电场相反。在室外环境中，谐振电无线功率传送系统会遇到不同量的水。空气中的水汽和土壤中的水分也可能存在于不受控制的室外环境中。因此，在室外环境中操作谐振电无线功率传送系统会带来挑战。
[0010]谐振电场耦合需要电感器来实现谐振。电感器不受欢迎，因为电感器效率低、不耐温度变化、重并且大。需要通过增加系统的电容来最小化电感器的缺点，减少达到谐振状态所需的电感。
[0011]Kusunoki等人的美国专利申请公开第2015/0333538号公开了一种矩形六面体金属外壳，包围发射谐振器或接收谐振器以移除环境影响。矩形立方体结构具有一个开放面，以允许场耦合。外壳的深度必须至少是传送距离的一半。这种外壳可能体积庞大，并且不会显著降低实现谐振所需的电感。此外，大量制造这种外壳的成本很高。
[0012]因此，本专利技术的目的是至少部分地缓解所述的缺点。

技术实现思路

[0013]因此，在一个方面，提供了一种无线功率传送系统，包括：谐振器，该谐振器包括：电容器，该电容器包括：至少两个有源电极；以及与有源电极相邻的无源电极，无源电极被配置为包围有源电极，以至少部分消除影响有源电极的环境影响；以及至少一个电连接到有源电极的感应线圈，其中，谐振器被配置为产生电场以传送功率或从产生的电场中提取功率。
[0014]在一个实施例中，无源电极向谐振器的电容器提供附加电容，并降低使系统谐振所需的感应线圈的电感。
[0015]在另一个实施例中，谐振器形成被配置为无线传送功率的发射器的一部分，其中，谐振器被配置为产生电场。在另一个实施例中，谐振器被配置成产生谐振电场。在另一个实施例中，无源电极的面积比发射谐振器的有源电极的面积至少大发射谐振器的有源电极之间的面积。
[0016]在另一个实施例中，谐振器是发射谐振器，并且系统还包括接收谐振器，接收谐振器包括至少两个有源电极。
[0017]在另一个实施例中，谐振器形成被配置为无线提取功率的接收器的一部分，其中，谐振器被配置为通过谐振电场耦合从产生的电场提取功率。在另一个实施例中，谐振器被配置为从产生的谐振电场中提取功率。
[0018]在另一个实施例中，有源电极是细长板。在另一个实施例中，无源电极的宽度大于或等于有源电极之一的宽度的两倍与有源电极之间的横向间隙的和，无源电极的长度大于或等于有源电极之一的长度。
[0019]在另一个实施例中，有源电极是同心的。
[0020]在另一个实施例中，有源电极中的至少一个是盘或环。
[0021]在另一个实施例中，无源电极是细长板或盘。
[0022]在另一个实施例中，无源电极是内径小于或等于内部有源电极内径的环。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无线功率传送系统，包括：谐振器，包括：电容器，包括：至少两个有源电极；以及与所述有源电极相邻的无源电极，所述无源电极被配置为包围所述有源电极，以至少部分地消除影响所述有源电极的环境影响；以及至少一个感应线圈，电连接到所述有源电极，其中，所述谐振器被配置为产生电场以传送功率或从产生的所述电场中提取功率。2.根据权利要求1所述的无线功率传送系统，其中，所述无源电极向所述谐振器的电容器提供附加电容，并降低使所述系统谐振所需的所述感应线圈的电感。3.根据权利要求1或2所述的无线功率传送系统，其中，所述谐振器形成被配置为无线传送功率的发射器的一部分，其中，所述谐振器被配置为产生所述电场。4.根据权利要求3所述的无线功率传送系统，其中，所述谐振器被配置为产生谐振电场。5.根据权利要求1或2所述的无线功率传送系统，其中，所述谐振器是发射谐振器，其中，所述系统还包括接收谐振器，所述接收谐振器包括至少两个有源电极。6.根据权利要求5所述的无线功率传送系统，其中，所述无源电极的面积比所述发射谐振器的有源电极的面积至少大所述发射谐振器的有源电极之间的面积。7.根据权利要求1或2所述的无线功率传送系统，其中，所述谐振器形成被配置为无线提取功率的接收器的一部分，其中，所述谐振器被配置为通过谐振电场耦合从所述产生的电场中提取功率。8.根据权利要求7所述的无线功率传送系统，其中，所述谐振器被配置为从产生的谐振电场中提取功率。9.根据权利要求1至8中任一项所述的无线功率传送系统，其中，所述有源电极是细长板。10.根据权利要求9所述的无线功率传送系统，其中，所述无源电极的宽度大于或等于所述有源电极之一的宽度的两倍与所述有源电极之间的横向间隙的和，并且所述无源电极的长度大于或等于所述有源电极之一的长度。11.根据权利要求1至8中任一项所述的无线功率传送系统，其中，所述有源电极是同心的。12.根据权利要求1至8中任一项所述的无线功率传送系统，其中，所述有源电极至少之一是盘或环。13.根据权利要求1至12中任一项所述的无线功率传送系统，其中，所述无源电极是细长板或盘。14.根据权利要求1至12中任一项所述的无线功率传送系统，其中，所述无源电极是内径小于或等于内部有源电极的内径的环。15.根据权利要求1至12中任一项所述的无线功率传送系统，其中，所述无源电极包括附着到所述无源电极的边缘和/或沿着...

【专利技术属性】
技术研发人员：A巴特莱特，S陈，N波卢，M斯诺，
申请(专利权)人：索雷斯能源公司，
类型：发明
国别省市：